(2) 开关稳压电源
由于器件中有一个工作在开关状态的晶体管(一般是MOSFET),故称为开关电源。开关管工作于饱和导通及截止两种状态,所以开关管管耗小并且与输入电压大小无关,效率较高(一般可达80~95%)。DC/DC变换器IC可以组成升压式(Vout>Vin)、降压式(Vout<vin)及电压反转式(vout=-vin),所以这一类电源ic在应用上较为灵活。
(3) 电荷泵电源
它的基本原理是首先贮存能量,然后以受控方式释放能量,以获得所需要的输出电压,常用于倍压或反压型DC-DC转换。早期的电荷泵电源输出电流小,输出电阻大,震荡频率低,静态电流大等。近年来,向着高输出电流、低功耗、大电压输入范围、可调输出的方向发展。
然后我们根据各个模块的供电需求一一进行选型、介绍。
3.3.3 数字+5V电源设计
首先考虑单片机MC9S12XS128主控芯片,因为该芯片内部有电压调节器、I/O口、A/D转换、参考电源、锁相环等部分都需要+5V额定电压供电,只有稳定的+5V电源才能保证各个模块的正常工作。因此,在+5V芯片的选型过程中,我们考虑了LM2576-5,LM2940,TPS7350三种常见的芯片。其中,LM2940、LM2576都是大电流输出,LM2576电路复杂,而TPS7350输出电流较小,但输出精度较高,
我们在面包板上搭建了相应外围电路进行性能测试,测试后发现LM2940发热量较大,上电半个小时左右,LM2940有一定的发热量,我们最终决定使用TPS7350。
TPS7350是美国TI公司生产的微功耗、低压差电源芯片,具有节电关断模式与输出电压监控功能。它静态电流极低且不随负载变化,具有集成延时微处理器复位功能以保证系统的正常工作。另外,TPS7350具有完善的保护电路,包括过热、过流及电压反接保护。利用该芯片只需极少的外围器件便可构成高效稳压电路,其电路连接如图3.7所示。
图3.7 数字5V稳压电路原理图
图3.8 TPS7350芯片输入输出关系
由图3.8可以看出,在电池电压稳定在7.2V以上时,TPS7350的输出较为稳定。
光电编码器和鉴相电路对工作电流的要求较小,正常工作电流为20mA以内,因此对光电编码器和鉴相电路也用供给单片机的+5V供电。而芯片LM1881、TLC5510、ISO7240属于信号处理电路,对电流要求较低,所以,最终也采用数字D+5V供电。
3.3.4 模拟+5V电源设计
人机接口部分需要数码管显示,+5V供电需要较大电流,并且蓝牙模块要驱动无线发送模块的,也需要较大电流输出的稳压芯片,为此我们经过仔细筛选,决定采用线型稳压芯片SPX29300。本文选用了线型稳压芯片SPX29300。SPX29300是一个输出电流为3A的高精度稳压芯片,主要在低压降和快速瞬态响应的低电压应用中使用,所用的外围配置器件也很少,简化了电路的设计。
图3.9 模拟5V稳压电路原理图
3.3.5 +6V电源设计
Futaba S3010舵机的最大工作电压均为+6V,提高舵机工作电压增大舵机的灵敏性,因此均选择用+6V供电。舵机对于供电电源芯片的选择主要考虑电流因素,从该舵机技术手册上得知,两个舵机的空载电流均在100mA左右,根据最大扭矩可以得知其负载最大电流不超过400mA。
我们选择与SPX29300同系列的可调输出的芯片SPX29302,它的最大输出电流为3A,理论上满足舵机的性能要求。其基本电路如下:
图3.10 +6V稳压电路原理图
因为SPX29302是开关稳压电源芯片,在输出电容上有所要求:输出端的电容需要保证稳定的低噪声的输出。手册中建议的最低输出端的电容是10uF,我们为了保证舵机的稳定性,把电容提高到100uF,保证转向舵机和摇头舵机能够做出灵敏的响应。
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